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(noticias nanowerk) Los motores moleculares impulsados por luz se desarrollaron por primera vez hace casi 25 años en la Universidad de Groningen, en los Países Bajos. Esto llevó a que el profesor Ben Feringa concediera el Premio Nobel conjunto de Química en 2016. Sin embargo, lograr que estos motores realmente funcionaran resultó ser un desafío.
Un nuevo artículo del laboratorio Feringa publicado en quimica natural (“La formilación mejora el rendimiento de motores moleculares giratorios derivados de alquenos llenos de luz impulsados por luz”) describe una combinación de mejoras que acercan las aplicaciones del mundo real.
El primer autor, Jinyu Sheng, ahora investigador postdoctoral en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA), adaptó un motor molecular impulsado por luz de primera generación durante sus estudios doctorales en el laboratorio Feringa. Su objetivo principal era aumentar la eficiencia de la molécula motora. «Es muy rápido, pero sólo el 2% de los fotones que absorbe la molécula impulsan el movimiento de rotación».
Eficiencia incrementada
Esta mala eficiencia puede afectar las aplicaciones del mundo real. “Además, una mayor eficiencia nos permitiría tener un mejor control del movimiento”, añade Sheng. La rotación del motor molecular de Feringa se realiza en cuatro pasos: dos de los cuales son fotoquímicos y dos con temperatura controlada. Estos últimos son unidireccionales, pero los pasos fotoquímicos provocan una isomerización de la molécula, que suele ser reversible.
Sheng quería mejorar el porcentaje de fotones absorbidos que impulsan el movimiento de rotación. «Es muy difícil predecir cómo se puede lograr esto y al final descubrimos accidentalmente un método que funciona. Como primer paso en la transformación posterior, Sheng añadió un grupo funcional aldehído a la molécula motora». «Sin embargo, decidí probar la función motora de esta versión intermedia y descubrí que era muy eficiente de una manera que nunca antes habíamos visto».
Para ello, trabajó con el grupo de Fotónica Molecular del Instituto Van 't Hoff de Ciencias Moleculares de la Universidad de Amsterdam. Utilizando espectroscopia láser avanzada y cálculos químicos cuánticos, se mapearon las vías de desintegración electrónica, lo que proporcionó información detallada sobre cómo funciona el motor molecular.
ciclo de rotación
Es más, quedó claro que el ajuste en realidad le dio a Sheng un mejor control sobre el movimiento de rotación de la molécula. Como ya se mencionó, el motor molecular gira en cuatro pasos discretos. Sheng: «Anteriormente, cuando irradiamos una serie de motores con luz, obteníamos una combinación de motores en diferentes fases del ciclo de rotación». «Después de la conversión, fue posible sincronizar todos los motores y controlarlos en cada fase». .”
Esto abre todo tipo de posibilidades. Por ejemplo, los motores podrían usarse como dopante quiral en cristales líquidos, donde las diferentes posiciones producirían diferentes colores de reflexión. En el quimica natural En su trabajo, Sheng y sus colegas presentan un ejemplo de esto. Otras aplicaciones podrían incluir el control de la autoorganización molecular.
Aplicaciones
Agregar un grupo aldehído a la molécula motora tiene otro efecto interesante: cambia la absorción de luz a una longitud de onda más larga. A medida que las longitudes de onda más largas penetran más en el tejido vivo o en el material a granel, esto significa que los motores en aplicaciones médicas y en ciencia de materiales podrían funcionar de manera mucho más eficiente, ya que llega más luz a la molécula del motor y, por lo tanto, los fotones también se utilizan de manera más eficiente.
«Algunos de nuestros colegas están trabajando ahora con nosotros en este nuevo motor molecular para diversas aplicaciones», afirma Sheng. Espera más contribuciones sobre este tema en un futuro próximo. Mientras tanto, el laboratorio de Feringa se enfrenta a otro desafío: «El motor molecular ahora es más eficiente, pero no sabemos exactamente por qué la modificación provoca este efecto. ¡Estamos trabajando en ello ahora mismo!»
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